《车用压缩天然气气瓶的研究概况》.pdf

第10期 ．5一 车用压缩天然气气瓶的研究概况 张红星 ，江华生 (1．江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院，江苏 无锡214174) (2．嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴314001) [摘 要]综述了车用压缩天然气 (CNG)气瓶的研究理论和方法，对CNG气瓶失效机理进行分析，指出网格理论主要解决气 瓶初步设计，运用有限元理论是分析和设计CNG气瓶的必然趋势和选择。研究表明，质量轻、成本低的全塑复合材料气瓶的 研究受到广泛关注。同时应注重纤维编织法、纤维混杂法在复合材料气瓶上的应用，指出了开展车用气瓶安全防护研究的 重要意义。 [关键词]CNG气瓶；失效机理；研究方法；综述 随着我 国汽车保有量 的不断增加，推广燃 后期出现的纤维缠绕气瓶 (CNG一2、CNG．3 气汽车不仅符合应用天然气资源 的经济发展战 和CNG．4)提高了气瓶的容重 比，这类气瓶综合 略，还可有效缓解能源短缺和大气污染。然而， 了复合材料的高比强度、可设计性 以及 内胆的良 作为应用天然气 的关键设备一压缩天然气气瓶 好气密性、优 良的耐蚀性等诸多优点，使其达到 (CompressedNaturalGas，简称CNG气瓶)的研究 高承压能力、高疲劳寿命、质轻、耐腐蚀等优 良 在我 国还处于起步阶段 ，鉴于安全事故频发 ，不 性能的结合 。在 同样容积和压力下，内胆的种类 断地造成人员和财产损失，使得CNG气瓶的研究 和外层复合材料的选材不同，纤维缠绕气瓶可 比 更加迫切 。 金属气瓶 的重量减轻1／3—2／3；两者相 比，显然纤 维缠绕气瓶在汽车运行上更具有优势；同时复合 1CNG气瓶的发展 材料在受到撞击或高速冲击发生破坏时，不会产 1992年美 国国家标准所 (ANSI)制定颁布 了 生具有危险性的碎片，从而降低或避免了对人员 ANSI／AGANGV2—1992车用压缩天然气气瓶标 和车辆的损害[】】。 准，它是建立在钢质气瓶标准USDOT3AA、铝质 近年来，随着复合材料材料成本的降低 ，成 气瓶标准USDOT3A1和全缠绕气瓶设计标准草案 型工艺的不断改进 ，复合材料CNG气瓶在国内外 FlIP．1和环缠绕FlIP一2气瓶设计标准草案的基础上 倍受青睐，尤其在轿车和轻型车上的应用极具竞 的标准，该标准首次将CNG气瓶划分为四类，现 争力，本文讨论的重点为纤维缠绕气瓶 。 行版本为NGV2—2000。 (1)CNG．1型：金属 (钢或铝)气瓶； 2纤维缠绕气瓶工作机理 (2)CNG．2型 ：金属 (钢或铝)内胆环 向纤 2．1自紧原理 维缠绕气瓶 ； CNG气瓶 内胆一般采用具有非线性力学特性 (3)CNG一3型：金属 (钢或铝)内胆全纤维 的金属材料，如铬钼钢、铝等，其材料特性为 图1 缠绕气瓶 (包括纵向纤维层和环 向纤维层)； 所示的双线性或多线性曲线。在 自紧压力的拉伸 作用下，金属 内胆经历 了图2所示 的弹性变形阶 (4)C